Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Verbundvorhaben: ERA-IB 6: Verbesserte Strategien zur biotechnologischen Herstellung maßgeschneiderter zuckerbasierter Biotenside (SurfGlyco); Teilvorhaben 2: Enzymatische Glycolipid-Synthesen

Anschrift
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Kaiserstr. 12
76131 Karlsruhe
Kontakt
Prof. Dr. Christoph Syldatk
Tel: +49 721608 42123
E-Mail schreiben
FKZ
22000316
Anfang
01.05.2016
Ende
31.07.2019
Ergebnisdarstellung
Nach Etablierung eines enzymatischen Verfahrens zur Synthese von Glycolipiden in DES ausgehend von verschiedenen Zucker- und Fettsäurebausteinen, erfolgreicher Etablierung einer reproduzierbaren Reaktionsführung, Probenahme und geeigneten Analytik wurde dieses verbessert, um höhere Ausbeuten und kürzere Reaktionszeiten zu erreichen. Mit dem Ziel der Erstellung einer Matrix möglicher Produkte wurden zunächst weitere Zucker und Zuckerderivate daraufhin untersucht, ob diese als geeignete Ausgangsstoffe zur Synthese von Glycolipiden mit anderen Eigenschaften eingesetzt werden können. Parallel wurde mit dem vorgesehenen Enzymscreening im Bereich Glycosidasen begonnen und ergab mit der Mandel-ß-Glucosidase ein erfolgsversprechendes Enzym, das zur Synthese von Alkylglycosiden geeignet ist. Dieses wurde in ersten Untersuchungen bezüglich seiner Substratspezifität näher charakterisiert und dabei wurde festgestellt, dass dieses Enzym in der Lage ist, unterschiedlichste Zucker als Substrat zu akzeptieren. Des Weiteren wurde festgestellt, dass auch unterschiedliche Fettalkohole von dem Enzym als Substrat akzeptiert werden. Es wurde ein Enzymscreening durchgeführt und dabei ein technisches und dadurch weitaus günstigeres Enzympräparat gefunden. Dabei wurde auch die Effizienz der Glucosidasen miteinander verglichen. Durch die erfolgreiche Etablierung der Analytik konnten wichtige Prozessparameter wie der Einfluss des Wassergehalts, die Fettalkoholkonzentration im Syntheseansatz und die Reaktionszeit der Umsetzungen bestimmt werden. Zur Aufreinigung der Glycolipide aus den DES wurde eine reproduzierbar durchführbare Lösungsmittelextraktion etabliert, für die anschließende Trennung und Reinigung der Produktgemische Chromatographieverfahren mit einer Mitteldruckchromatographieanlage. Zur Quantifizierung der enzymatischen Reaktion wurde eine HPLC-Methode entwickelt. Zur näheren Charakterisierung der neuen gebildeten Produkte wurden MALDI-TOF-MS-Verfahren und NMR-Analysen eingesetzt.
Aufgabenbeschreibung
Das KIT befasst sich mit der enzymatischen Synthese von Glykolipiden in stark eutektischen Lösungsmitteln (DES). Als Substrate werden Mono-, Di- oder Oligosaccharide in Kombination mit verschiedenen Fettsäuren oder Fettalkoholen eingesetzt, die durch Enzyme wie Glykosidasen, Lipasen oder Esterasen miteinander verknüpft werden sollen. Ziel ist die erfolgreiche Etablierung einer Matrix zur gezielten enzymatischen Synthese von Glycolipid-Biotensiden mit Ester- und Etherbindung für ein breites Anwendungsspektrum. Die Glycolipide sollen im Labormaßstab am KIT hergestellt, anschließend gereinigt und beim Projektpartner Croda evaluiert werden. Die für Anwendungen vielversprechendsten Glykolipide sollen in größeren Mengen hergestellt werden. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern Biotrend und Croda, soll ein Scale-up des Prozesses für die enzymatische Konversion und Aufreinigung erfolgen. Parallel zur Erzeugung von Esterbindungen zwischen den Zucker- und Fettsäurebausteinen mit Esterasen und Lipasen soll versucht werden, über Etherase- und Glykosidase-katalysierte Reaktionen Glykolipide mit Ether- bzw. glykosidischen Bindungen zu synthetisieren, wie sie üblicherweise in natürlich vorkommenden mikrobiellen Tensiden zu finden sind. Weiter sollen für die enzymatischen Synthesen unterschiedliche DES-Systeme getestet und solche mit für die entsprechenden Enzyme maßgeschneiderten Eigenschaften ausgewählt werden, wozu wesentlich der Erhalt der Enzymaktivität (vor allem bei Etherasen und Glykosidasen) und die Enzymstabilität darin sowie die Löslichkeit sowohl der hydrophilen als auch der hydrophoben Substrate gehören, was in organischen Lösungsmittel so nicht gewährleistet ist. Ein weiterer wichtiger Schwerpunkt soll dazu parallel auf der Entwicklung von Methoden zur Aufarbeitung der synthetisierten Produkte aus den DES liegen.

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